Experten diskutieren optimale Sensorintegration für ADAS und autonome Fahrzeuge der nächsten Generation

Die Implementierung von Sensortechnik für assistiertes und vollautonomes Fahren ist eine komplexe, sich stetig weiterentwickelnde Herausforderung. Statt eines einzelnen „besten“ Ansatzes identifizierten Experten sechs Kernaspekte, die prägen werden, wie Hersteller Sensoren in künftigen Fahrzeugen integrieren.

Die Podiumsteilnehmer – Patrick Denny, Senior Experte für Vision-Systeme und ADAS bei Valeo; Paul‑Henri Matha, technischer Leiter bei Volvo Car Corp.; Robert Stead, Geschäftsführer der Sense Media Group; und Carsten Astheimer, Direktor des Designbüros Astheimer Ltd. – diskutierten beim Abschluss-Session der virtuellen AutoSens Brüssel 2020 Konferenz über den richtigen Sensormix und wie Design niemals Sicherheit kompromittieren darf und umgekehrt. EE Times Europe holte zudem Einschätzungen von Pierrick Boulay, Technologie- und Marktanalyst bei Yole Développement, zur Adoption und Nutzung verschiedener Sensortypen in Automobilanwendungen ein.

Die richtige Sensoranzahl finden

Moderne Fahrzeuge statten sich bereits mit einem beeindruckenden Sensorarray aus – Ultraschallsensoren, Radar, mehrere Kameras (für Wahrnehmung, Imaging und Vision) und LiDAR. Yoles Boulay schätzt, dass ein typisches Fahrzeug heute zwischen 10 und 20 Sensoren trägt, wobei High-End-Modelle mehr verbauen als Mittelklasse- oder Budgetfahrzeuge.

Mit steigendem Automatisierungsgrad wird die Sensoranzahl auf schätzungsweise 35–40 Einheiten anwachsen. Boulay erklärt, dass jeder Automatisierungsgrad distinkte Kurz-, Mittel- und Langstreckenfähigkeiten erfordert, weshalb ein einzelner Sensortyp für nicht alle Szenarien ausreicht.

Doch mehr Sensoren erhöhen das Datenvolumen und fordern den Rechenstack des Fahrzeugs heraus. Boulay merkt an, dass legacy ADAS-Chips zwischen 0,25 und 2,5 TOPS liefern (zigfach die Leistung eines High-End-Laptops), während Roboter-Plattformen bereits jenseits von 250 TOPS operieren. Er prognostiziert einen Wandel von verteilten Architekturen hin zu zentralen Domänencontrollern, die Rohsensordaten effizient fusionieren können.

Kosten und Integrationszwänge werden die Sensoranzahl letztlich begrenzen. Boulay beobachtet, dass einige OEMs wie Tesla hohe Automatisierungsgrade mit weniger Sensoren erreichen, indem sie fortschrittliche KI und Rechenleistung nutzen. „Software und Verarbeitungskapazität werden zum Differenzierungsmerkmal“, sagt er.

Den Sensormix optimieren

Wetter- und Lichtschwankungen erfordern ein diversifiziertes Sensorportfolio. Denny betont, dass Redundanz essenziell sei: „Bei völliger Dunkelheit oder starkem Niederschlag braucht man mehrere Modalitäten, die im Konzert arbeiten.“

Kameras glänzen bei Tageslicht, während Radar, LiDAR und Ultraschallsensoren bei schwachem Licht, Nebel, Regen oder Schnee leistungsfähig bleiben. Boulay stellt fest, dass Kameras unter widrigen Bedingungen „blind“ werden, während andere Sensoren weiterhin zuverlässige Wahrnehmung liefern.

Die richtige Platzierung sicherstellen

Genau wie menschliche Sinne müssen Sensoren strategisch positioniert werden, um kontinuierliche Umgebungswahrnehmung zu gewährleisten. Technische Einschränkungen – wie Kondensation in Scheinwerfern, Frost auf Windschutzscheiben oder Lack, der Ultraschallwandler abdeckt – können die Performance beeinträchtigen. Denny warnt, dass Ultraschalteinheiten empfindlich auf Oberflächenbeschichtungen reagieren.

Volvos Matha hebt den Stromverbrauch als kritischen Faktor hervor. „Jeder Sensor zieht 1 bis 10 W, sodass ein vollständiges ADAS-Suite 100–200 W erreichen kann, was bis zu 4 g CO₂ beiträgt.“ Er schlägt intermittierende Aktivierung und fortschrittliche Kühlung vor, um thermische Limits zu mildern, besonders in Hitzzonen wie hinter der Windschutzscheibe.

Simulationen und Realwelt-Tests sind essenziell, um optimale Sensorpositionen zu ermitteln. Boulay weist darauf hin, dass Autobahn-LiDARs typischerweise zentral montiert sind, ausgerichtet auf Langstreckenradar und Primärkameras, während Stadtfahr- oder Parksensoren an den Seiten oder Ecken platziert werden können.

Ästhetisch integrieren

Volvos XC90 beherbergt derzeit 20 Sensortypen, von denen viele verdeckt sind – Frontkameras im Kühlergrill, Seitenkameras in den Spiegeln, eine Rückkamera über dem Kennzeichen. Matha betont, dass nahtlose Integration sowohl Form als auch Funktion verbessern kann.

Astheimer argumentiert, dass die fortschrittlichsten Fahrzeuge ihre Intelligenz sichtbar reflektieren sollten. Mit fortschreitender Autonomie werden Sensoren wie 360°-LiDARs prominente, ungehinderte Platzierung benötigen. Er nennt das Deliver‑E Elektro-Lieferfahrzeug, wo Kameras die Seiten flankieren und ein LiDAR das Heck krönt, passend zur Fahrzeugidentität.

Boulay diskutiert den Magneti Marelli Smart Corner Pod, der LiDAR, Radar, Kameras, Ultraschall und LED-Beleuchtung beherbergen kann. Zwar wird die Fertigungsintegration gestrafft, doch Reparaturkosten nach Kollisionen könnten hoch sein – was einen ausgewogenen Ansatz erfordert.

Kognitive Überlastung reduzieren

Das Mensch-Maschine-Interface muss Sensordaten in klare, handlungsrelevante Informationen übersetzen. Astheimer, der an Volta Trucks' Zero Elektro-Lieferwagen arbeitet, merkt an, dass schwere Nutzfahrzeuge – obwohl nur 4 % des Verkehrs – über 50 % der Todesopfer unter schutzbedürftigen Verkehrsteilnehmern verursachen. Kognitive Überlastung neben eingeschränkter Sicht ist ein Hauptfaktor.

Er betont, dass ECUs und CAN-Systeme Signale filtern und über taktile, akustische oder visuelle Hinweise präsentieren sollten, um die Fahrervorsicht zu erhalten.

Sicherheit „cool“ machen

Stead stellte die Frage: „Ist es der Schlüssel zum Verkauf vernetzter Autos, Sicherheit ‚cool‘ zu machen?“ Matha antwortet, dass Sicherheit das Kerngeschäft sei, und der beste Weg, sie zu kommunizieren, sei elegantes Design, das sensorgetriebene Intelligenz zur Schau stellt.

Astheimer warnt, dass Fahrer, je mehr Aufgaben Fahrzeuge übernehmen, nachlässig werden könnten. Das Sensorsystem muss den Fahrer informiert und engagiert halten, um einen „Kokon-Effekt“ zu verhindern, der die Verkehrswahrnehmung verringert.

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>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EE Times veröffentlicht.